調控的案例
太陽能光熱調控的策略及最新進展
該綜述全面概述光熱調控策略，并討論該領域的最新進展，重點包括：（1）光熱調控的基本原理，包括太陽能加熱轉換和輻射冷卻機理、過程及其評價方法；（2）高效光熱調節的基本標準；（3）用于高效太陽能加熱轉換和被動冷卻的新興光熱調節材料和典型結構；（4）太陽能加熱/制冷一體化系統的設計策略；（5）光熱調控在清潔能源和環境領域的應用進展。最后，討論了光調制、光熱調控材料在結構設計、工藝優化和光熱基礎設施建設等方面的面臨的挑戰和未來發展趨勢。
題圖 光熱調節策略的進展：從高效太陽能加熱到日間被動冷卻
01
光熱調控的基本原理
高效率是指材料選擇性吸收或傳輸所需光，并同時反射不同應用中不需要的光的能力，而實現太陽能高效率利用的關鍵在于對光譜的控制。通過將光熱轉換與光催化相結合，可以實現全光譜范圍太陽光的高效利用。此外，被動輻射冷卻是一種可選擇性地向較冷的外太空發射熱輻射，同時反射太陽光譜(0.3-2.5 mm)以減少能量輸入的機制。因此，作者立足于建立在不同光譜區域中用于太陽能加熱和被動冷卻的選擇性吸收器/發射器之間的整體關系，在綜述中總結了光熱轉換和調控的基本原理。
圖1 被動輻射冷卻原理圖
02
高效光熱調節的基本標準
合理設計具有優異光熱調控性能的材料需要建立若干基本準則，從該角度出發，作者在綜述中明確了光學和熱學性質對于設計理想的光熱轉換材料和結構的至關重要性。其中，光學特性包括吸收系數、反射率、透射率等參數。因此為了實現優異的光熱調控，必須對材料的吸收光譜進行調控以吸收入射太陽光。此外，系統中的熱流，即對流、傳導和輻射，也是需要考慮的一個重要方面。
展開 激光空間相干性調控 | 超表面全息偽影抑制的新策略
（三）不同相干性調控方式的對比
針對“降低相干性抑制偽影”的思路，研究進一步從理論層面分析了兩種調控方式的優劣：
?時間相干性調控（拓寬激光光譜）：不同波長的光產生的全息圖像尺寸存在細微差異，疊加后會導致圖像邊緣出現不可控的非均勻模糊，調控效果不佳；
?空間相干性調控（DCL調控）：產生的模糊為均勻模糊，更易實現精準控制與優化，是更優的偽影抑制方案。
抑制時間相關性（引入多波長）的效果（來自原文）
04/研究意義與應用前景
本文提出的激光空間相干性調控技術，相當于為超表面全息技術配備了一位“精準燈光師”——無需像傳統方法那樣費力修補超表面的制備瑕疵（類似“后期修圖”），而是通過巧妙調控照明光的空間相干性，從根源上讓瑕疵“不可見”，大幅降低了超表面全息的應用門檻。
研究團隊認為，該技術有望推動超表面全息早日走出實驗室，助力緊湊、高效、高性能的超表面器件在AR/VR顯示、安全加密、信息存儲等面向未來的領域實現實際應用，為相關領域的技術突破提供重要支撐。
展開 廣東工業大學譚劍波-張力課題組《Macromolecules》：基于弱RAFT聚合調控性的非均相RAFT聚合
自1998年發展RAFT聚合以來，良好的RAFT聚合調控性一直是RAFT聚合研究中追求的目標，如聚合物分子量與單體轉化率呈線性關系、分子量分布窄、高嵌段率等。為了實現良好的RAFT聚合調控性，對于RAFT試劑的結構、引發劑用量、嵌段聚合物的合成順序（如聚甲基丙烯酸酯嵌段必須先于聚丙烯酸酯嵌段）等都有嚴格要求。然而，基于弱RAFT聚合調控性的RAFT聚合研究幾乎沒有報道，事實上弱RAFT聚合調控性也往往被認為是失敗的RAFT聚合。因此，該領域的研究慣性是不斷追求更好的RAFT聚合調控性，但弱RAFT聚合調控性是否也能為功能聚合物材料的制備提供新的研究角度呢？
圖1. mPEG113-CEPA與mPEG113-BTPA調控HPMA的非均相RAFT聚合的機理示意圖。
最近，廣東工業大學高分子材料與工程系譚劍波教授與張力教授團隊另辟蹊徑，成功把弱RAFT聚合調控性應用于非均相RAFT聚合中，建立了新的非均相RAFT聚合體系，為合成功能聚合物納米材料提供了新的策略。首先，研究人員使用對甲基丙烯酸酯單體調控性好的mPEG113-CEPA與對甲基丙烯酸酯單體調控性差的mPEG113-BTPA調控甲基丙烯酸羥丙酯（HPMA）的光引發非均相RAFT聚合（圖1）。由于mPEG113-CEPA對HPMA的調控性好，最終能得到分子量分布窄的mPEG113-PHPMA二嵌段共聚物；而由于mPEG113-BTPA對HPMA的調控性差，最終的產物中包含分子量高的mPEG113-PHPMA二嵌段共聚物、不可控的PHPMA均聚物與未參與反應的mPEG113-BTPA，GPC結果進一步確認了mPEG113-CEPA與mPEG113-BTPA調控下的聚合物組成（圖2）。
展開 動態雙面神行為：在地球-太陽/太空系統的被動式冷-熱調控
冷熱調控材料不同應用場景的規律總結
湖南大學譚蔚泓院士團隊劉巧玲課題組 Angew：可調控的DNA網絡結構用于操控細胞間相互作用
利用人工設計的功能分子調控細胞間的識別并進一步調控細胞的行為和功能是近年來生命科學領域的研究熱點。作為一種生物材料，DNA分子具有序列可編程性并且可與其他功能分子耦合實現多級次組裝，在細胞表面工程化及細胞相互作用調控等方面具有良好的應用前景。然而，由于細胞對納米材料的內吞作用以及細胞膜結構高度動態的特性，利用DNA納米結構對活細胞膜表面進行可控組裝進而精準調控細胞間相互作用仍然存在一定的困難。
圖1 活細胞膜表面構筑可調控的多層DNA網絡結構示意圖
近期，湖南大學譚蔚泓院士團隊劉巧玲課題組采用經典的DNA納米三棱柱（TP）和DNA納米分支聚合物（BP）作為結構單元，利用DNA分子自組裝技術在細胞膜表面設計了一種全新的靈活可調控的DNA網絡結構用于操控細胞間的相互作用（圖1）。源于互補DNA鏈的堿基之間形成的可預測和穩定的配對結構，這些DNA網絡結構之間的相互作用增加了DNA納米結構在細胞膜表面的穩定性并且克服了細胞內化的問題。通過對DNA網絡結構中的識別單元進行合理設計，研究人員對細胞間的特異性識別、刺激響應性識別以及動態可逆相互作用進行了人為設計和操控，并且實現細胞間物質傳輸的調控（圖2）。
圖2 利用DNA結構網絡操控多種形式的細胞間相互作用
綜上所述，這種DNA網絡結構賦予了可調控的細胞識別能力，為人為操控細胞間相互作用提供了一種簡單、普適的策略，有助于拓展基于DNA分子的人工識別體系在細胞表面工程、合成生物學和生物醫學領域中的應用。
展開 eLight·封面 | 源調控對稱破缺極化激元
本研究提出的場源調控手段簡單易調，為納米尺度下的光傳導提供了一種新的操縱方法，有望應用于光調制微納波導、光開關、光隔離器等新型集成光子學器件，推動光計算、光傳感和量子光學等領域的發展。在實現光電器件小型化的同時，還易于和其他調控手段相結合，實現對極化激元的多物理場調控。
論文信息
Hu, C., Sun, T., Zeng, Y. et al. Source-configured symmetry-broken hyperbolic polaritons.eLight 3, 14 (2023).
https://doi.org/10.1186/s43593-023-00047-1
編輯：孫婷婷、趙陽
文章來源：中國光學
展開 7050 鋁合金H 形斷面模鍛件表層組織調控工藝
圖10 為經過低溫小變形調控后的鍛件表層與心部金相圖，由于低溫小變形過程中同時提高了鍛件表層的變形溫度和變形量，使鍛件表層獲得應變的高效累積，提高了鍛件表層位錯密度，在后續固溶過程中，累積的形變儲能通過靜態再結晶行為釋放，使得鍛件表層晶粒組織變的細小均勻。統計結果顯示，經過低溫小變形工藝調控后的鍛件表層和心部的平均晶粒直徑分別減小到22μm 和19μm。由此可見，低溫小變形工藝可很好地解決熱模鍛工藝下模鍛件表層晶粒粗大的問題，避免了因機加工去除表層粗大組織造成的材料浪費。
圖10 鍛件表層和心部金相圖
結束語
對H 形斷面模鍛件的模擬分析和試驗研究表明，“欠壓+低溫小變形”成形工藝可有效細化鍛件表層晶粒，實現了鍛件表層的組織調控，為提高大型模鍛件的組織均勻性提供了新思路。
講師，主要從事輕合金結構件塑性成形工藝研究及組織性能調控，主持國家科技部科技型中小技術創新基金、河北省自然科學基金和國家重點實驗室開放課題各1 項，發表論文20 余篇，擁有發明專利2 項。
——文章來源：《鍛造與沖壓》 2020年第23期
展開 蘇州大學張偉教授團隊Angew：調控雙相液晶聚合物的多重手性翻轉
事實上，超分子結構中的構筑模塊可以通過弱非共價相互作用以可控途徑進行自我調控，因此若能控制面向功能化的堆積模式（即鏈內和鏈間堆積，J-和H-聚集等）將非常有助于調控納米結構的手性光學特征。
近年，蘇州大學的張偉教授團隊在聚合物體系中超分子手性的構建領域取得了諸多進展。（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 9669; Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 18566; J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 13218; Macromolecules 2011, 44, 5105; Macromolecules 2016, 49, 3214; Polym. Chem. 2017, 8, 1906等）。
在上一份工作中（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 9669），他們提出聚合誘導手性自組裝（Polymerization-induced chiral self-assembly, PICSA）策略，在偶氮苯組裝單元聚合的同時原位就能制備多層次、跨尺度的超分子手性功能材料，拓展了超分子手性結構的構建方法。這種簡單方便易操作的方法為超分子手性結構的精準構建提供了新思路。然而，在偶氮苯聚合物體系中，決定不對稱趨勢從分子尺度到超分子水平和液晶域以上演繹的潛在機制、途徑依賴的堆積模式和多層次手性的動態調節尚未有明確機理。為進一步探索內在的手性轉移機制，調控聚合物超分子結構的手性光學特征，張偉教授團隊通過PICSA策略對末端烷基鏈長度不同的偶氮苯構筑單元進行了一系列的研究，結合對超分子結構的堆積模式的調控，突破性地實現了偶氮苯聚合物超分子手性的多重手性翻轉。
展開 北京化工大學孫曉麗教授：聚合物限域和預有序熔體的結晶行為及結構調控
高分子物理是連接高分子材料合成和加工兩個領域的橋梁，對促進高分子材料的實際生產、 推動國民經濟的發展發揮著重要的作用，該領域的挑戰性難題之一是調控高分子的結晶行為。高分子結構具有多尺度的特點，且易受到各種本征因素以及加工過程中引入的外場與受限作用的影響，這使得調控高分子結晶行為的難度進一步增加。
為了實現熱塑性高分子結晶行為的主動調控，就應該先從高分子結晶研究的定量化、精細化入手，明確各種因素對高分子多層次結構的調控機制，實現結晶高分子多層次結構的可控化制備；在此基礎上，建立高分子多層次結構與性能的直接關系。北京化工大學孫曉麗教授在《高分子學報》2021年第6期“高分子優秀青年學者專輯”特約專論(2021, 52(6): 634-645)中系統評述了限域空間和預有序熔體對聚合物結晶行為的調控機制。該專論首先介紹了高分子結晶理論的進展，論述了聚合物結構的多尺度與多層次性，并討論了每一層次結構對材料最終展現性能所起的關鍵作用。在此基礎上，以幾種典型高分子為例，重點闡述了薄膜和納米孔道構筑的限域空間以及分子鏈預有序熔體對高分子結晶行為的影響規律、相關結晶結構調控機制以及結構-性能關系等方面的研究工作。最后，該專論闡明了現階段聚合物多層次結構調控領域存在的科學問題，展望了該領域未來潛在的發展方向。
展開 ：低液晶相轉變溫度的液晶小分子調控活性層形貌助力有機太陽能電池性能提升
近年來，三元策略在調控有機太陽能電池活性層形貌，改善器件性能方面顯示出巨大的潛力，成為有機光伏領域研究的熱點。迄今為止，已有相關文獻報道液晶小分子（LCSM）作為第三組分在調控活性層形貌方面的獨特優勢。BTR及其衍生物是目前使用最多的LCSMs，但這類分子具有非常高的液晶相轉變溫度，該溫度遠高于活性層薄膜的熱退火溫度，也就是說，當前基于這類LCSMs的三元有機太陽能電池（TOSCs）的研究低于其液晶相轉變溫度，并且分子本身的能級、混溶性等因素，在一定程度上也可能會對薄膜形貌產生影響，因此無法準確判斷LCSM自組裝特性對活性層形貌的調控作用，LCSM在TOSC內部的工作機制尚未得到系統和深入的研究。此外，這些LCSMs具有相對復雜的分子結構和繁瑣的合成步驟，嚴重限制了它們的廣泛應用。
針對上述問題，江西師范大學/南昌大學陳義旺教授、廖勛凡特聘教授團隊以低液晶相轉變溫度（112.8℃）的液晶小分子DFBT-TT6作為第三組分，基于高效的非富勒烯體系PM6:Y6構建TOSC。為了揭示液晶分子 DFBT-TT6對TOSC性能的影響并同時消除分子結構等其他因素的干擾，進一步合成了具有低玻璃化轉變溫度、結構相似的非液晶分子 DFBT-DT6作為對比。有趣的是，通過添加DFBT-TT6來微調PM6:Y6共混物的結晶度和相分離，在液晶相變溫度下退火，僅用3 wt％的DFBT-TT6即可調控薄膜形貌達到最佳狀態。實驗結果表明，DFBT-TT6可以增強PM6和Y6的結晶度，增加相分離并減小π–π堆積距離，從而在PM6:Y6:DFBT-TT6器件中實現超快的激子解離和更高的電荷收集效率。
展開 ：界面接觸力學與潤滑行為的科學詮釋 - 仿生自適應潤滑調控材料
軟質凝膠態（左）和硬質玻璃態（右）下界面接觸力學行為
通過對滑動界面原位加熱和冷卻，可以實現摩擦系數的動態可逆調控，且這種可切換的潤滑行為在寬載荷范圍內始終是有效的；特別是，研究人員發現隨著法向載荷的增大，這種典型的潤滑調控行為更加的明顯，界面最大接觸應力甚至可達~7 MPa。理論模擬結果表明這種顯著的潤滑轉變行為主要歸因于以模量動態演變為主的自適應接觸機制，可通過結合接觸態演化、非變形耗散和分子鏈機械俘獲3大機制得到很好解釋。作為這種智能材料的概念驗證，研究人員開發了智能型水凝膠子 彈進行固體穿刺測試，沖擊試驗結果表明相變硬化的水凝膠子 彈（同軟態凝膠子 彈對比）其穿透力更強，這得益于低摩擦狀態下界面較小的運動阻力。最終，研究人員通過結合界面濕黏附化學發展了一種智能潤滑貼片，并通過程序化機械手臂精確測量了這種智能貼片表面摩擦狀態的轉變信號；成功將該貼片組裝于運動模型裝備（如坦克履帶、潛水艇）表面，實現了基于界面潤滑轉變行為的運動行為智能控制。
圖2. MALH智能潤滑材料的仿生學設計過程
圖3. MALH智能潤滑材料的制備過程和界面潤滑調控機制
圖4. MALH智能潤滑材料力學的熱致調控
圖5. MALH智能潤滑材料的響應性潤滑調控行為
圖6. MALH智能子 彈的穿刺行為
圖7.
展開 
：圖案化光響應DNA水凝膠實現局部細胞響應性調控
功能性DNA適體圖案化DNA水凝膠實現局部細胞響應性生長調節
針對上述問題，夏帆教授團隊在前期光響應功能DNA研究的基礎上，將光響應功能DNA應用于功能性DNA水凝膠的構筑和細胞培養，實現了光響應DNA水凝膠時空可控圖案化及生物物理和化學性能調控以實現局部細胞響應性調節。結合課題組前期發展的基于光刻掩模的單光子DNA光刻技術和無掩模的雙光子DNA光刻技術，實現了表面DNA水凝膠時空可控圖案化。在此基礎上，利用DNA鏈替換反應，在不同的DNA凝膠圖案化功能區引入能夠跟靶細胞膜表面特異性相互作用的DNA序列，調控細胞在圖案化功能區的生長過程。進一步地結合DNA雜交鏈增長反應，調控不同凝膠圖案化功能區溶脹程度從而實現凝膠圖案形貌調節以及局部細胞響應性調控，如圖1所示。
該研究課題獲得了國家自然科學基金重大項目，科技部重點研發計劃以及國家自然科學基金面上項目等基金項目的資助。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41467-021-22645-8
相關進展
中國地質大學（武漢）夏帆教授課題組在擴展雙網絡交聯水凝膠性能上取得新進展
加拿大滑鐵盧大學劉玨文教授課題組Angew ：基于DNA飾策略構建功能化水凝膠
天津大學仰大勇課題組《Adv. Sci.》：釀酒酵母發酵過程控制DNA水凝膠導線電路開關
高分子科技原創文章。
展開 光伏組件參數智能調控，仿真設計系統有大用！
仿真設計系統正成為行業破局的關鍵，而參數智能調控能力，則是這場變革的核心引擎。
一、參數調控：從“經驗主義”到“科學定制”
傳統屋頂光伏設計依賴人工經驗，組件類型、間距、安裝角度等參數調整費時費力，且易受主觀因素影響。如今，鷓鴣云光伏仿真設計系統通過六大智能調控模塊，徹底改變游戲規則：
1.組件類型：靈活匹配單晶、多晶、薄膜等組件特性，適應不同屋頂承載力與光照條件；
2.間距與角度：AI算法自動優化傾角與間距，平衡遮擋率與裝機容量，提升單位面積發電量；
3.安裝方向：結合建筑朝向與日照軌跡，動態調整東西向布局策略，破解不規則屋頂痛點；
4.支架與安裝方式：智能推薦最佳支架類型（固定/可調/跟蹤），一鍵生成平屋頂、斜坡屋頂等差異化方案。
二、仿真設計：讓屋頂“發電潛力”一目了然
鷓鴣云系統通過三維建模+氣象數據融合，10分鐘即可完成屋頂仿真設計：
1.實時渲染：輸入屋頂尺寸、障礙物位置后，自動生成3D可視化排布方案，規避陰影遮擋；
2.發電模擬：基于歷史光照、溫度數據，預測不同參數組合下的年發電量，誤差率＜3%；
3.經濟性對比：同步測算初始投資、度電成本及IRR，快速鎖定最優參數方案。
三、實測案例：參數調優如何創造真金白銀？
某工業園區屋頂項目，通過鷓鴣云系統調整組件傾角（從30°優化至23°）并采用東西向雙面組件布局，在相同屋頂面積下：
? 裝機容量提升12%，年發電量增加15萬度；
? 支架成本降低8%，投資回收期縮短1.2年。
鷓鴣云的價值：從“設計工具”到“收益管家”
光伏行業已進入精細化運營時代，參數調控能力直接決定項目競爭力。鷓鴣云光伏仿真設計系統，以智能算法+全參數覆蓋為核心，讓屋頂資源“應發盡發”，讓每一寸空間都轉化為穩定收益。
展開 南開大學劉育教授課題組：超分子組裝體介導的細胞極性調控
定向磁場條件下，MS-ABPAda?HACD組裝體通過內吞作用進入細胞并誘導細胞的極性重構
該工作不僅首次通過功能化超分子組裝體實現了對細胞極性的調控，而且為體外精準調控細胞行為提供了新的思路。
以上成果發表在ACS Applied Materials & Interfaces (2021, DOI：10.1021/acsami.0c19428)上。論文的第一作者為南開大學化學學院博士后張冰，通訊作者為劉育教授。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acsami.0c19428
.: 通過二維界面的精細原子級結構調控局部電導率
通過高分辨實驗電導率圖像和第一性原理計算，他們證明了二維界面的電荷轉移可以通過在2D材料中引入拓撲缺陷以及控制它們相對于基底的晶體堆垛方式來進行精確的調控。該工作發現了通過精細原子間相互作用來調控電接觸特性的新途徑，同時，該方法也為二維非均勻界面上的弱相互作用的探測提供了一種新思路。該研究以“Tuning local electrical conductivity via fine atomic scale structures of two-dimensional interfaces”為題，發表于Nano Letters。
【圖文簡介】
圖1. 導電原子力顯微鏡示意以及晶界對電接觸性能的調控
（a）導電原子力顯微鏡示意圖；
（b）在Gr/Ge(111)上獲得的典型電流圖像，比例尺：100 nm；
（c）在Ge襯底上對應的形貌圖像，比例尺：100 nm；
（d）從左到右分別為在4 mV，6 mV和8 mV的偏壓下，相同的晶界（GB）周圍獲得的電流圖像，比例尺：10 nm；
（e）在8.3 nN的恒定法向力下，在GB處和晶粒內部測量的電流與偏壓曲線；
（f）在4 mV的恒定偏壓下，在晶粒內部和GB處獲得的電流與法向載荷曲線。
圖2.
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